國內(nèi)外激光焊接機工藝技術的研究較量

近年來，國內(nèi)外的研究團隊從激光焊接機激光的移動方式、熱源組合等角度不斷探索研究較合適的工藝參數(shù)，提高了多種激光焊接方式的技術，包括激光深熔焊、激光-電弧復合焊接等。激光焊接的研究不在流于表象，而是通過高速相機、光譜分析等現(xiàn)象征征方法研究焊接的工藝特性，嘗試探索焊縫缺陷的形成機理。另一方面，激光焊接的內(nèi)在變化較為復雜，各研究團隊嘗試通過引進磁場、多電弧和電場等外部能量應用到激光焊接過程中，重點研究其對改善焊縫的缺陷，提高其力學性能和焊接質(zhì)量。

國內(nèi)激光焊接工藝研究

采用激光焊接可以獲得高質(zhì)量的接頭強度和較大的深度比，與傳統(tǒng)焊接技術相比，具有較大的功率密度，對難以焊接的材料有較好的焊接效果，能夠?qū)Σ煌阅艿牟牧线M行焊接。因此國內(nèi)外學者對其進行了大量的研究。

國內(nèi)對激光工藝的研究主要集中于從各焊接工藝的焊接速度、激光功率、離焦量、激光脈沖波形和保護氣流量等參數(shù)上，并進一步對焊接接頭的力學性能、組織演變和調(diào)控等進行了深入研究。激光壓力焊接是一種獨特的激光焊接技術，該技術將激光誘導加熱與傳統(tǒng)的平滾焊相結(jié)合。

激光壓力焊接的工作原理是：將需焊接的工件用激光束局部熔化，然后在高壓下軋制產(chǎn)生焊接接頭。由于熔化區(qū)相對狹窄，避免了產(chǎn)生收縮和氣體腔等焊接缺陷，該技術還可用于連接薄板。北京工業(yè)大學激光工程研究院黃婷副教授團隊研究了純鋁激光壓力焊接過程中的組織演變，如圖2所示。

該團隊研究了純鋁焊接過程中微觀組織演變的基本方面。通過深入分析激光壓力焊接過程中試件的微觀組織，推斷出在軋制之前就開始了凝固過程，因此新結(jié)晶的材料經(jīng)歷了塑性應變。

激光-電弧復合焊接（見圖3）作為21世紀極具前景的加工方法，被許多學者深入研究。長春理工大學的張川通過調(diào)整工藝參數(shù)的方式，對于50CrV/SPHE 異種鋼的焊接工藝進行研究，分析對焊縫成形和熔滴過渡的影響，研究結(jié)果顯示激光功率在 2800～3400W范圍內(nèi)，焊絲受熱均勻，焊接過程穩(wěn)定。

華中科技大學的王磊將振蕩掃描與激光-電弧復合焊接相結(jié)合，彌補焊縫的缺陷。采用橫向、縱向和圓形三種振蕩掃描方式焊接鋁合金材料，利用高速攝像機和光譜分析熔滴的變化，結(jié)果顯示圓形的掃描方式優(yōu)化的參數(shù)范圍遠大于橫向和縱向，且可以促進和等離子體的相互作用形成直徑更小的熔滴，其有利于細化晶粒。等離子電弧的能量相比之下更加集中，北京化工大學的馮聰?shù)热税l(fā)現(xiàn)激光-等離子電弧焊接在平板焊接方面對于間隙和錯邊有良好的適應性。

國外激光焊接工藝的研發(fā)

國外對焊接工藝的研究集中于改善焊接條件和引進外部能量。J.A. Francisa等為了探索該工藝應用于連接大型、安全關鍵的核部件的潛力，如蒸汽發(fā)生器或壓水堆（PWR）中的增壓裝置，采用真空激光焊接技術，以150mm/min的速度，使用16kW的激光，在兩個焊道中，生產(chǎn)SA5083級鋼的80mm厚焊縫。并介紹了真空激光焊接的優(yōu)點，以及與電子束焊接在工藝物理方面進行了比較。得出真空激光焊接值得進一步發(fā)展，因為它為未來的核能建設計劃提供了重要的希望。

Bunaziv I等人在采用光纖激光-MAG復合焊接的同時考慮了冷金屬轉(zhuǎn)移脈沖（CMT+P）電弧模式，用金屬芯焊絲焊接45mm厚高強度鋼（對接雙面焊），比較了不同的脈沖方式和前后導弧對焊縫的影響。對比傳統(tǒng)的脈沖電弧焊，發(fā)現(xiàn)兩者都能提供高質(zhì)量的焊接。但是CMT+P模式可以在有限的進給速度范圍內(nèi)提供更穩(wěn)定的熔滴轉(zhuǎn)移。